Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, показывает, что часть этого вращения возникает еще до формирования первых звезд. Ученые обнаружили следы так называемого «первобытного вращения», возникшего более 13,6 млрд лет назад благодаря взаимодействию гало темной материи.
Сразу после Большого взрыва Вселенная состояла из горячего вещества, которое постепенно начало собираться в крупные гравитационные структуры. Главную роль в этом процессе играла темная материя — невидимая субстанция, составляющая большую часть массы Вселенной. Из нее формировались огромные скопления — гало темной материи. Именно они стали основой будущих галактик.
Еще в 1969 году ученые предположили, что вытянутые гало могли начинать вращаться под действием приливных гравитационных сил соседних массивных объектов. Однако до сих пор убедительных наблюдательных доказательств этой гипотезы не существовало. Команда под руководством Мин-Цзе Шэна из Сямэньского университета (Китай) решила восстановить картину молодой Вселенной с помощью современных наблюдений. Ученые использовали трехмерную карту космоса проекта Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Затем с помощью компьютерного моделирования они рассчитали, как должны были располагаться протогало темной материи более 13 млрд лет назад.
После этого исследователи сравнили полученные расчеты с реальными скоростями вращения более 1,6 тыс. современных галактик. Эти скорости удалось определить благодаря спектроскопическим наблюдениям, которые показывают, какие участки галактики движутся к Земле, а какие удаляются. Совпадение между моделями и наблюдениями оказалось значительно выше, чем можно было ожидать.
Результаты стали убедительным доказательством того, что древние приливные силы действительно оставили заметный след в современных галактиках. Выяснилось, что примерно 13% современного вращения галактик сохранилось еще с эпохи формирования первых гало темной материи. Остальная часть углового момента возникла позже — во время столкновений, слияний галактик и других процессов космической эволюции. По некоторым оценкам, исследователи впервые смогли убедительно показать существование «ископаемого» следа первичного вращения.
Если связь между современным вращением галактик и распределением темной материи окончательно подтвердится, астрономы смогут использовать ее для изучения фундаментальных свойств Вселенной. По словам соавтора исследования Уэ-Ли Пена из Университета Торонто, метод может помочь измерять влияние таких трудноуловимых объектов, как нейтрино. Эти элементарные частицы практически не взаимодействуют с веществом, однако их масса влияет на развитие крупномасштабной структуры Вселенной. Исследователи надеются, что новый подход позволит получать информацию о свойствах темной материи, нейтрино и первых этапах эволюции космоса, которые до сих пор оставались практически недосягаемыми для прямых наблюдений.
Также недавно темная материя нарушила главные космологические прогнозы ученых.